CN102945778A

CN102945778A - 一种空心阴极组件

Info

Publication number: CN102945778A
Application number: CN2012105048347A
Authority: CN
Inventors: 林祖伦; 祁康成
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: CN102945778B

Abstract

本发明公开了一种空心阴极组件，属于真空电子技术领域，所述组件包括作为空心阴极的热子绝缘筒和热屏蔽筒，热屏蔽筒上开有热隔离槽，阴极管内加入交替排列的单孔和多孔内隔离环。本发明的空心阴极组件通过在热屏蔽筒上加开热隔离槽减少接触面积，减少传导热量，延长热传导路径，减少阴极热量损失；通过设置热子绝缘筒，高温下不与热子反应，延长了热子的使用寿命，同时也增加了阴极的使用寿命，适用于大多数热阴极。

Description

一种空心阴极组件

技术领域

本发明属于真空电子技术领域，具体涉及一种高加热效率、长寿命的空心阴极组件。

背景技术

阴极在很多领域中都起着非常重要的作用，在军事上，阴极是各类微波电子器件、微光夜视器件、红外成像器件和紫外成像器件的心脏。同时，在工业和医疗等设备中，利用阴极作为发射源的X光管、像增强器、加速管和显示器起到了非常重要的作用。在科学研究中，各类分析仪器、电子束加工、电子束曝光、电子束蒸发等设备中，阴极也是不可或缺的关键部件。

在阴极应用的很多场所，阴极工作时都需要在高温下进行，所以在满足阴极工作条件的情况下，高加热效率和长寿命的阴极加热组件，可以使阴极的寿命和效率大大提高。尤其对于工作于航天器或者太空中的器件，电源容量有限，服役时间很长，因此阴极对于加热效率和寿命的要求就更高。在满足阴极工作的情况下，尽量使阴极工作于高效率、低消耗的状态下（热子功率尽量低），从而使阴极的寿命尽量长。现有的阴极存在加热效率不高，热子寿命不长等问题，导致减短了热阴极的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的阴极存在的上述问题，提出了一种空心阴极组件。

本发明的技术方案为：一种空心阴极组件，具体包括：阴极管、热隔离槽、热屏蔽筒、热子、热子绝缘筒、阴极、内隔热环、阴极隔离环、阴极顶；其中，内隔热环、阴极、阴极隔离环、阴极顶依次放入阴极管中，阴极管中有槽位卡住，阴极顶安装在阴极管的一端；热子绝缘筒套在阴极管上，热子缠绕在热子绝缘筒上的线槽中；热屏蔽筒套在热绝缘筒外面；两个固定环固定住热子绝缘筒和热屏蔽筒，热子的一端连接在一个固定环上，另一端从热子保护管引出，热子引线用一个带孔绝缘陶瓷环作为支撑，并用固定环进行固定，热子支撑焊接在阴极管上，热子引线固定环焊接在热子支撑上。

进一步的，所述内隔热环包括单孔内隔热环和多孔内隔热环。

更进一步的，所述单孔内隔热环和多孔内隔热环交替排列。

进一步的，所述热屏蔽筒上面设有热隔离槽。

本发明的有益效果：本发明的空心阴极组件包括作为空心阴极的热子绝缘筒和热屏蔽筒，通过在热屏蔽筒上加开热隔离槽减少接触面积，减少传导热量，延长热传导路径，减少阴极热量损失；通过设置热子绝缘筒，高温下不与热子反应，延长了热子的使用寿命，同时也增加了阴极的使用寿命。本发明的空心阴极组件具有加热效率高、长寿命、发射电流稳定、结构牢固的特性，适用于大多数热阴极。

附图说明

图1为本发明的空心阴极组件的结构示意图，附图标记说明：阴极顶1；阴极隔离环2；阴极3；固定环4；热子绝缘筒5；热子6；热屏蔽筒7；热隔离槽8；热子保护管9；热子引线固定环10；单孔内隔热环11；多孔内隔热环12；热子引线支撑13；阴极管14；钎焊15。

图2为实施例中两种内隔热环的构造图。

图3为实施例中热子绝缘筒和热屏蔽筒的构造图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实例对本发明作进一步的说明。

本发明的空心阴极组件如图1所示，具体包括：阴极管14、热隔离槽8、热屏蔽筒7、热子6、热子绝缘筒5、阴极3、内隔热环、阴极隔离环2、阴极顶1；其中，内隔热环、阴极3、阴极隔离环2、阴极顶1依次放入阴极管14中，阴极管14中有槽位卡住，阴极顶1安装在阴极管14的一端；热子绝缘5筒套在阴极管上，热子6缠绕在热子绝缘筒5上的线槽中；热屏蔽筒7套在热绝缘筒5外部；两个固定环4固定住热子绝缘筒5和热屏蔽筒7，热子6的一端连接在一个固定环上，另一端从热子保护管9引出，热子引线用一个带孔绝缘陶瓷环作为支撑，并用固定环进行固定，热子支撑13焊接在阴极管上，热子引线固定环焊接在热子支撑13上。

这里的内隔热环包括单孔内隔热环11和多孔内隔热环12，图2给出了两种内隔热环的构造图，单孔内隔热环11和多孔内隔热环12交替排列，这样延长了阴极热量耗散的传导路径，减少了阴极工作时的热量损失，提高了阴极热使用效率，对阴极起到很好的隔热效果，同时不影响气体的顺畅流动，在相同工作温度下降低了热子的功耗，提高了热子的效率，延长了热子的寿命，为阴极工作的稳定性提供了必要条件。内隔离环可以采用石墨材料或者其它高温难熔并且与阴极不反应的材料制成。

这里的热屏蔽筒7上面设有热隔离槽8，隔离槽被金属Ta或者Mo做成的筒状包住。这样可以减少了热传导介质与外部的接触面积，从而提高了热能的利用效率，让热屏蔽筒的隔热效果更加理想。

这里的热子绝缘筒和热屏蔽筒采用BeO陶瓷材料制成，图3给出了热子绝缘筒和热屏蔽筒的构造图。其中，第一列为热子绝缘筒，其上缠有钨丝；第二列为热屏蔽筒，第三列是热屏蔽筒的包筒。热子工作时不与BeO陶瓷材料发生反应，BeO陶瓷材料在高温下性能很稳定，这样延长了热子的使用寿命，减少了在阴极损坏前热子就不能使用的情况发生。

这里的热子绝缘筒采用钎焊固定在阴极管上，这样使得热子绝缘筒和阴极管形成良好地接触，热子产生的热量可以高效地传导到阴极上，钎焊材料采用耐高温材料TaC，1800℃焊接，TaC较为稳定，工作时不与阴极发生反应。

本发明的空心阴极组件主要分为三个部分，阴极管、加热热子，热子绝缘筒及热屏蔽筒，阴极及其支撑部件。其中，阴极管作为气体管道，同时也是整个器件的整体支撑，也作为电极使用。阴极管用Ta或者其他合金或者石墨等高硬度、耐高温、导电性好的材料制成，还要较为容易在上面进行焊接，作为其它部件的支撑点；阴极管外表面和内表面可以有凹槽和凸起，以便于外部件和内部件的固定及定位；加热热子及热屏蔽筒依次套在阴极所在位置的阴极管处。

加热热子缠绕在热子绝缘筒上，热子绝缘筒紧密贴合在阴极管的外壁上，将热子和阴极管之间绝缘，热子绝缘筒采用BeO陶瓷材料制成，热子使用钨丝、钨铼合金丝或石墨，一端连接到固定环上，另一端通过热子保护管引出。热屏蔽筒紧密套住热子绝缘筒，热屏蔽筒被固定环牢固固定在阴极管外壁上，热屏蔽筒上有中空的热隔离槽，热屏蔽筒采用BeO陶瓷材料，也可以使用钽、钨、铼、钼等难熔金属，固定环采用钽或者钨等耐高温易导电的金属。阴极放入到阴极管内，被内隔热环和阴极隔离环支撑，阴极隔离环向外是阴极顶。内隔热环为一组交替排列的单孔和多孔隔离环组成，内隔热环由石墨做成。

阴极使用LaB6的多晶、单晶或者多元六硼化物或其他热电子发射材料制成，LaB6阴极材料的使用，使得阴极的结构简单，性能稳定，牢固可靠。阴极内隔热环采用石墨或者铼、钽、钨、钼、铌等高温金属或者BeO、氧化铝等耐高温陶瓷制成，主要是防止阴极和其他材料发生反应。阴极顶采用钨、钨合金等高温难熔导电材料制成，阴极漏斗状的孔主要是为了形成电子透镜效应，对电子束进行聚焦，控制电子束流形状。

这里的阴极管的内部部件可以都采用钎焊固定，形成牢固稳定的接触，同时形成良好的热传导路径。阴极管作为支撑，采用Ta材料加工成型，管道内部在内隔热环放置位置处缩小内径，形成阶梯卡槽，管道外部，在固定环及热子引线支撑处加工出突出环状，方便固定外部部件。

内隔热环采用石墨材料，阴极隔离环使用石墨材料，阴极顶采用Ta材料，阴极部件组装好后，采用钎焊处理，使所有部件都牢固地固定住。

热子使用钨-铼丝，钨-铼丝缠绕在热子绝缘筒上的凹槽中，热子绝缘筒被套在热屏蔽筒上，采用钎焊固定，热子绝缘筒和热屏蔽筒都采用BeO材料制成。

内部部件和热子绝缘筒采用钎焊固定，同时也形成了良好的热传导路径，热子产生的热量能很好地传输到阴极上，形成高效的热供给，从而降低热子的工作功率。同上，钎焊采用TaC作为焊料，TaC耐高温，在高温下不与LaB6阴极发生反应，钎焊过程为先涂覆TaC浆料，然后在真空室中1800℃以上热处理。

综上可以看出，本发明的空心阴极组件通过在热屏蔽筒上加开热隔离槽减少接触面积，减少传导热量，延长热传导路径，减少阴极热量损失，采用TaC作为钎焊材料，不与从而显著降低热子功耗，提高热子组件的加热效率；同时BeO陶瓷材料作为热子绝缘筒，高温下不与热子反应，延长了热子的使用寿命，同时也增加了阴极的使用寿命。本发明的空心阴极组件具有加热效率高、长寿命、发射电流稳定、结构牢固的特性，适用于大多数热阴极。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种空心阴极组件，具体包括：阴极管、热隔离槽、热屏蔽筒、热子、热子绝缘筒、阴极、内隔热环、阴极隔离环、阴极顶；其中，内隔热环、阴极、阴极隔离环、阴极顶依次放入阴极管中，阴极管中有槽位卡住，阴极顶安装在阴极管的一端；热子绝缘筒套在阴极管上，热子缠绕在热子绝缘筒上的线槽中；热屏蔽筒套在热绝缘筒外面；两个固定环固定住热子绝缘筒和热屏蔽筒，热子的一端连接在一个固定环上，另一端从热子保护管引出，热子引线用一个带孔绝缘陶瓷环作为支撑，并用固定环进行固定，热子支撑焊接在阴极管上，热子引线固定环焊接在热子支撑上。

2.根据权利要求1所述的空心阴极组件，其特征在于，所述内隔热环包括单孔内隔热环和多孔内隔热环。

3.根据权利要求1或2所述的空心阴极组件，其特征在于，所述单孔内隔热环和多孔内隔热环交替排列。

4.根据权利要求1所述的空心阴极组件，其特征在于，所述热屏蔽筒上面设有热隔离槽。

5.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的空心阴极组件，其特征在于，所述的热子绝缘筒和热屏蔽筒采用BeO陶瓷材料制成。

6.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的空心阴极组件，其特征在于，所述的热子绝缘筒采用钎焊固定在阴极管上。

7.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的空心阴极组件，其特征在于，所述的阴极采用LaB6多晶材料，所述的内隔热环采用石墨材料，所述的阴极隔离环采用石墨材料，所述的阴极顶采用Ta材料。

8.根据权利要求6所述的空心阴极组件，其特征在于，所述的钎焊的钎焊材料具体为耐高温材料TaC。